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DE10329195A1 - Slide for fluorescence-based analytical apparatus employing bio-specific sensor chips, comprises a dielectric substrate with a layer containing metallic particles on the surface - Google Patents

Slide for fluorescence-based analytical apparatus employing bio-specific sensor chips, comprises a dielectric substrate with a layer containing metallic particles on the surface Download PDF

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DE10329195A1
DE10329195A1 DE2003129195 DE10329195A DE10329195A1 DE 10329195 A1 DE10329195 A1 DE 10329195A1 DE 2003129195 DE2003129195 DE 2003129195 DE 10329195 A DE10329195 A DE 10329195A DE 10329195 A1 DE10329195 A1 DE 10329195A1
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DE
Germany
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layer
slide according
metal particles
fluorescence
slide
Prior art date
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Withdrawn
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DE2003129195
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German (de)
Inventor
Peter Dr. Westphal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik AG
Carl Zeiss Jena GmbH
Original Assignee
VEB Carl Zeiss Jena GmbH
Carl Zeiss Jena GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by VEB Carl Zeiss Jena GmbH, Carl Zeiss Jena GmbH filed Critical VEB Carl Zeiss Jena GmbH
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Publication of DE10329195A1 publication Critical patent/DE10329195A1/en
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Abstract

A slide for fluorescence-based analytical apparatus comprises a dielectric substrate (1) that has a layer on its surface which contains a number of metallic particles (2), where fluorescence is reinforced by marking the sample with fluorescence molecules. A slide for fluorescence-based analytical apparatus comprises a dielectric substrate (1) that has a layer on its surface which contains a number of metallic particles (2), where fluorescence is reinforced by marking the sample with fluorescence molecules. No dimension of any particle exceeds 200 nm. The size is 20-80 nm in each spatial direction. They are ellipsoidal, the aspect ratio being 1:2 to 1:5. The substrate is glass, silicon or a polymer. The layer over the particles has a thickness of 1-10 nm, preferably 2 nm. The metal particles contact the substrate surface. They are fully encapsulated by the layer. The substrate surface is planar. It has parallel projections (4) including an interspace (5). The metal particles are held in the layer only over the projections. Metal particles are held in the layer, in the interspace (5). The layer is applied only in the interspace. It protects the particles from chemical effects. The protective layer (3) comprises a silica compound, a silicon nitride compound or a polymer. It is a polymer matrix (6) permeable to biological molecules. The layer is chemically-functionalized at its surface.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Objektträger für fluoreszenzbasierte Analysegeräte und betrifft das Problem der geringen Lichtausbeute, d. h. das in der Regel sehr kleine Verhältnis der abgestrahlten zu den eingefangenen Photonen.The The invention relates to a slide for fluorescence-based analyzers and relates the problem of low light output, d. H. that usually very small ratio the radiated to the captured photons.

Bei der Untersuchung der Fluoreszenz von Objekten, beispielsweise von mit Fluoreszenzmolekülen – sogenannten Fluorophoren, Licht spezifischer Wellenlängen absorbierende und als Fluoreszenz abgebende Moleküle – markierten Proben in der Fluoreszenzmikroskopie oder -spektroskopie, oder beim optischen Auslesen von fluoreszenzbasierten, biospezifischen Sensorchips besteht prinzipiell das Problem, daß nur sehr wenig von dem eingestrahlten Anregungslicht. von den Fluorophoren absorbiert und in Fluoreszenz umgewandelt wird.at the investigation of the fluorescence of objects, for example of with fluorescence molecules - so-called Fluorophores, absorbing light of specific wavelengths and as Fluorescent emitting molecules - labeled Samples in fluorescence microscopy or spectroscopy, or at Optical reading of fluorescence-based, biospecific sensor chips Basically there is the problem that only very little of the incident excitation light. absorbed by the fluorophores and converted to fluorescence.

Im Stand der Technik wird dieses Problem dadurch gelöst, daß man Detektierungsoptiken mit hohen numerischen Aperturen verwendet. Neben hohen Herstellungskosten muß man dabei den Nachteil eines kleinen Bildfeldes, einer geringen Schärfentiefe und eines geringen Arbeitsabstandes in Kauf nehmen. Bei optoelektronischer Detektierung kann man alternativ auch die Integrationszeit erhöhen, um die notwendige Anzahl von Fluoreszenzphotonen zu registrieren. Dies erhöht allerdings den Zeitaufwand für eine Messung. Außerdem ergibt sich das zusätzliche Problem, daß das – weder spektral noch räumlich vollständig unterdrückbare – Anregungslicht zu einem störenden Untergrundsignal führt. Ebenso störend macht sich die Eigenfluoreszenz von Substraten, d. h. Objektträgern, und Optiken bemerkbar. Zur Anregung der Fluoreszenz werden die Objekte mit Licht von Quecksilberhöchstdrucklampen beleuchtet, deren Leistung in der Regel 100 Watt nicht überschreitet. Theoretisch denkbar wäre eine Steigerung der Lampenleistung um ca. 5 bis 6 Größenordnungen, bis eine Anregungssättigung der Fluorophore erreicht ist; dieser Ansatz ist jedoch aufgrund der hohen zu erwartenden Wärmeentstehung nicht praktikabel.in the In the prior art, this problem is solved by using detection optics used with high numerical apertures. In addition to high production costs you have to The disadvantage of a small field of view, a shallow depth of field and to accept a small working distance. With optoelectronic Alternatively, you can increase the integration time to detect to register the necessary number of fluorescence photons. This elevated but the time required for one Measurement. Furthermore there is the additional problem that that - neither spectrally still spatially completely suppressible - excitation light to a disturbing Background signal leads. Just as disturbing the intrinsic fluorescence of substrates, i. H. Slides, and Optics noticeable. To excite the fluorescence become the objects with light from mercury high pressure lamps illuminated, the power usually does not exceed 100 watts. Theoretically conceivable would be an increase of the lamp power by approx. 5 to 6 orders of magnitude, until an excitation saturation the fluorophore is reached; However, this approach is due the high expected heat generation not practicable.

Aus dem Stand der Technik ist weiterhin bekannt, daß die Bestrahlung von Metallteilchen, mit sichtbarem Licht zu einer Verstärkung des elektromagnetischen Feldes um das Metallteilchen herum führt, wenn die Dimensionen der Metallteilchen klein im Verhältnis zur Wellenlänge des zur Bestrahlung verwendeten Lichts sind. Dies ist im Detail beispielsweise bei A. Wokaun, „Surface enhancement of optical fields – Mechanisms and applications", Molecular Physics, 1985, Vol. 56(1), Seiten 1–33 beschrieben.Out The prior art also discloses that the irradiation of metal particles, with visible light to amplify the electromagnetic Field around the metal particle leads around when the dimensions of the Metal particles small in proportion to the wavelength of the light used for irradiation. This is in the detail for example, in A. Wokaun, "Surface enhancement of optical fields - Mechanisms and applications ", Molecular Physics, 1985, Vol. 56 (1), pages 1-33.

Ursache für die Feldverstärkung, die um so größer ist, je stärker die Krümmung der Oberfläche der Metallteilchen ist, sind Kollektivschwingungen der Leitungsbandelektronen dieser Metallteilchen, sogenannte Oberflächenplasmonen. Bringt man nun Fluorophore in die Nähe – etwa in einen Abstand, der dem doppelten der Molekülgröße entspricht – dieser Metallteilchen, so werden sie als Folge der Feldverstärkung durch das Plasmonenfeld zu verstärkter Absorption und folgender Emission von Fluoreszenzphotonen angeregt.reason for the Field enhancement, which is the bigger the stronger the curvature the surface of the Metal particles are, are collective vibrations of the conduction band electrons of these metal particles, so-called surface plasmons. If you bring now fluorophores in the vicinity - about in a distance that is twice the molecular size - these metal particles, they become as a result of field enhancement by the plasmon field too strong Absorption and subsequent emission of fluorescence photons excited.

Dieser Effekt wird z. B. in der Schrift US 5,449,918 ausgenutzt. Dort wird ein die Fluoreszenzverstärkung ausnutzender chemischer Sensor beschrieben. Dieser Sensor umfaßt ein Substrat, auf dessen Oberfläche eine Schicht metallischer Inseln aufgebracht ist. Das Ganze wird von einer chemisch selektiven Schicht, die Fluorophore enthält und dünner als 20 nm ist, bedeckt. Diese Konstruktion ist gewollt anfällig gegen äußere chemische Einflüsse, auch der Schutz vor durch Temperatur hervorgerufenen oder mechanischen Beanspruchungen, wie beispielsweise Reiben oder Spülen, ist sehr gering.This effect is z. B. in the Scriptures US 5,449,918 exploited. There, a fluorescence amplification utilizing chemical sensor is described. This sensor comprises a substrate, on the surface of which a layer of metallic islands is applied. The whole is covered by a chemically selective layer that contains fluorophores and is thinner than 20 nm. This construction is intentionally susceptible to external chemical influences, also the protection against temperature-induced or mechanical stresses, such as rubbing or rinsing, is very low.

In einer Presseinformation der Max-Planck-Gesellschaft (PRI B12/C7/T6/2003 (21), ISSN 0170-4656) vom 27. März 2003 wird eine mögliche Kombination der Anregung von Oberflächenplasmonen mit der Fluoreszenzmikroskopie in bezug auf Anwendungen für biospezifische Sensorchips beschrieben: Ein Glasträger wird mit einer ca. 50 nm dicken Goldschicht überzogen, auf diese wird eine ca. 100 nm dicke Interaktionsschicht aus Thiol und einem Protein aufgebracht. Letzteres dient als Matrix, an die DNS-Stränge mit einer Köderfunktion für mit Farbstoff markierte Target-Sequenzen andocken können. Der Aufbau dieser Anordnung ist sehr kompliziert und ihr Einsatzgebiet eng begrenzt. Auch ist sie kaum vor äußeren chemischen oder mechanischen Einflüssen geschützt. Zudem werden in der ausgedehnten flächigen Goldschicht Oberflächenplasmonen nur erzeugt, wenn die Schicht mit Licht unter einem zur Totalreflexion führenden Winkel beleuchtet wird.In a press release of the Max Planck Society (PRI B12 / C7 / T6 / 2003 (21), ISSN 0170-4656) of March 27 2003 will be a possible Combination of excitation of surface plasmons with fluorescence microscopy in terms of applications for biospecific sensor chips described: A glass carrier is coated with a 50 nm thick layer of gold, this is a about 100 nm thick interaction layer of thiol and a protein applied. The latter serves as a matrix to the DNA strands with a bait function for with dye can dock labeled target sequences. The structure of this arrangement is very complicated and their application is limited. She is too hardly before external chemical or mechanical influences protected. In addition, surface plasmons are formed in the extensive areal gold layer only generated when the layer with light under one for total reflection leading Angle is illuminated.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen fluoreszenzverstärkenden Objektträger für fluoreszenzbasierte Analysegeräte zu entwickeln, bei dem die Fluoreszenz gegenüber herkömmlichen Objektträgern verstärkt wird.Of the The invention is therefore based on the object, a fluorescence-enhancing slides for fluorescence-based analyzers to develop in which the fluorescence is enhanced compared to conventional slides.

Diese Aufgabe wird durch einen Objektträger gelöst, welcher ein dielektrisches Substrat mit einer Oberfläche und eine auf der Oberfläche aufgebrachte dielektrische Schicht umfaßt, wobei in der Schicht eine Vielzahl von Metallteilchen enthalten sind. Auf diese Weise wird die Fluoreszenz von mit Fluorophoren markierten Proben verstärkt. Die Fluorophore sind dabei nicht in der Schicht enthalten. Die Einfallsrichtung des Lichtes ist dabei nicht entscheidend für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen, welche die Ursache für die Fluoreszenzverstärkung sind.This object is achieved by a slide comprising a dielectric substrate having a surface and a dielectric layer applied to the surface, wherein the layer contains a plurality of metal particles. In this way the fluorescence of samples labeled with fluorophores is enhanced. The fluorophores are not included in the layer. The direction of incidence of the light is not critical for the generation of surface plasmons, which are the cause of the fluorescence enhancement.

Eine gute Fluoreszenzverstärkung erhält man, wenn die Dimensionen eines jeden Metallteilchens in jeder Raumrichtung 200 nm nicht überschreiten, beste Ergebnisse werden für Ausdehnungen zwischen 20 und 80 nm erzielt. Das Absorptionsspektrum der Metallteilchen überlappt sich bei diesen Dimensionen mit den spezifischen Absorptions- und Emissionslinien der meisten Fluorophore. Die Metallteilchen können alle möglichen Formen annehmen, z. B. kugelförmig oder quaderförmig ausgebildet sein, bevorzugt weisen sie jedoch die Form von Ellipsoiden mit einem Achsenverhältnis zwischen 1 : 2 und 1 : 5 auf. An den langen Enden der Ellipsoide ist die Krümmung besonders hoch, die Fluoreszenzverstärkung fällt daher in der Nähe besonders stark aus.A good fluorescence enhancement you get, if the dimensions of each metal particle in each spatial direction Do not exceed 200 nm, best results will be for Extents between 20 and 80 nm achieved. The absorption spectrum the metal particles overlap in these dimensions with the specific absorption and emission lines most fluorophores. The metal particles can take all possible forms, eg. B. spherical or cuboid However, they are preferably in the form of ellipsoids with an axis ratio between 1: 2 and 1: 5. At the long ends of the ellipsoids is the curvature particularly high, the fluorescence enhancement is therefore particularly close in the vicinity strong.

Als Material für die Metallteilchen ist vorzugsweise Gold, Silber, Kupfer oder Aluminium vorgesehen. In Frage kommt auch eine Legierung, die wenigstens eines dieser Metalle zu 50% enthält. Die Metallteilchen können beispielsweise auf das Substrat aufgedampft oder mittels Sputtern aufgebracht werden. Dabei können auch Selbstorganisationsmechanismen, die zur Inselbildung führen, ausgenutzt werden.When Material for the metal particles are preferably gold, silver, copper or aluminum intended. In question is also an alloy that at least one contains these metals to 50%. The metal particles can For example, vapor-deposited on the substrate or by sputtering be applied. It can also self-organizing mechanisms that lead to island formation, be exploited.

Das Substrat selbst muß dielektrische Eigenschaften besitzen. Vorzugsweise ist als Material für das Substrat Glas, Silizium oder ein Polymer vorgesehen.The Substrate itself must be dielectric Own properties. Preferably, as the material for the substrate Glass, silicon or a polymer provided.

Die Schicht weist oberhalb der Metallteilchen zweckmäßig eine Dicke zwischen 1 nm und 10 nm, bevorzugt von 2 nm auf, dies entspricht etwa dem doppelten Moleküldurchmesser eines Fluorophores. Kommen die Fluorophore zu nah an die Oberfläche der Metallteilchen heran, so sinkt der fluoreszenzstärkende Effekt, gleiches gilt bei zu großer Entfernung von der Oberfläche der Metallteilchen.The Layer has above the metal particles expediently a thickness between 1 nm and 10 nm, preferably 2 nm, which is about twice that Molecular diameter a fluorophore. Are the fluorophores too close to the surface of the Metal particles approach, so decreases the fluorescence-enhancing effect, the same applies too big Distance from the surface the metal particles.

Die Metallteilchen können einerseits vollständig von der Schicht umschlossen sein oder aber auch teilweise mit der Oberfläche des Substrates in Kontakt stehen, dies hängt von der Art der Schicht sowie der Art des Aufbringens ab. Bringt man beispielsweise erst die Metallteilchen auf die Oberfläche und überzieht diese anschließend mit der Schicht, so werden die Metallteilchen immer mit der Oberfläche des Substrates in Kontakt stehen.The Metal particles can on the one hand completely be enclosed by the layer or partially with the surface Depending on the type of layer as well as the type of application. For example, if you bring the metal particles first on the surface and covers this afterwards with the layer, so the metal particles are always with the surface of the Substrates are in contact.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Oberfläche des Substrates plan, dies ermöglicht eine einfachere Herstellung des Objektträgers.In an expedient embodiment The invention is the surface the substrate plan, this allows a simpler preparation of the slide.

In einer anderen zweckmäßigen Ausführung weist die Oberfläche des Substrates zueinander parallele, stegförmige Erhebungen auf und zwischen diesen Zwischenräume. Diese Strukturen können beispielsweise durch Ätzen, Prägen, Spritzprägen oder Spritzgießen erzeugt werden, der Abstand zwischen den Erhebungen ist frei wählbar und keinen Beschränkungen unterworfen.In another expedient embodiment the surface of the substrate parallel to each other, web-like elevations on and between them Interspaces. These structures can be, for example by etching, Shape, Injection molding or injection molding be generated, the distance between the surveys is arbitrary and no restrictions subjected.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind nur oder überwiegend über den stegförmigen Erhebungen Metallteilchen in der Schicht enthalten. Erreichen läßt sich dies beispielsweise durch schräges Bedampfen, hier werden hauptsächlich die stegförmigen Erhebungen mit Metallteilchen versehen. Diese Erhebungen geben auch Größe und Form der Metallteilchen vor. Auf diese Weise kann eine einheitliche Größe von Metallteilchen hergestellt werden. Bei der Verwendung von Erhebungen verschiedener Breite können auch mehrere diskrete Metallteilchengrößen hergestellt werden. Der wesentliche Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß die Größen der Metallteilchen genau auf die Absorptionsmaxima bestimmter Fluorophore abgestimmt werden können.In A preferred embodiment of the invention are only or predominantly on the strutlike Elevations contain metal particles in the layer. Can be reached for example, by oblique Steaming, here are mainly the bar-shaped Elevations provided with metal particles. These surveys also give Size and shape of the Metal particles in front. This allows a uniform size of metal particles getting produced. When using surveys of various Width can also several discrete metal particle sizes are produced. Of the The essential advantage of this embodiment is that the sizes of the Metal particles exactly on the absorption maxima of certain fluorophores can be matched.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind nur in den Zwischenräumen Metallteilchen in der Schicht enthalten.In another embodiment of the invention are only in the interstices of metal particles in the layer included.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Schicht nur in den Zwischenräumen aufgebracht. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für die Verwendung zur Herstellung von fluoreszenzbasierten, biospezifischen Sensorchips vorteilhaft, da auf diese Weise definiert voneinander getrennte Bereiche auf den Objektträger hergestellt werden können. Dabei kann es zweckmäßig sein, statt einer Anordnung mit zueinander parallelen stegförmigen Erhebungen beispielsweise auch eine gitter- oder wabenförmige Struktur für die Erhebungen vorzusehen.In According to a further embodiment of the invention, the layer is only in the gaps applied. This embodiment is particularly for use for the production of fluorescence-based, biospecific sensor chips advantageous because defined in this way from each other Areas on the slide can be produced. It may be appropriate instead of an arrangement with mutually parallel ridge-shaped elevations For example, a grid or honeycomb structure for the surveys provided.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schicht als für eine Vielzahl biologischer Moleküle durchlässige Polymermatrix ausgestaltet, beispielsweise als Dextran-Matrix. Diese Ausgestaltung ist besonders im Hinblick auf die Verwendung zur Herstellung fluoreszenzbasierter, biospezifischer Sensorchips vorteilhaft, da sehr viele Metallteilchen und biologische Moleküle in die Dextran-Matrix eingebettet werden können. Das Fluoreszenzsignal wird dadurch wesentlich erhöht.In In a preferred embodiment of the invention, the layer is as for one Variety of biological molecules permeable Polymer matrix configured, for example as a dextran matrix. These Design is particularly with regard to the use for the production fluorescence-based, biospecific sensor chips advantageous because many metal particles and biological molecules embedded in the dextran matrix can be. The fluorescence signal is thereby significantly increased.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schicht als Schutzschicht ausgestaltet, so daß die Metallteilchen vor äußeren chemischen und mechanischen Einflüssen, wie beispielsweise Spülen oder Reiben, geschützt sind. Dies ist nur möglich, da die Fluorophore nicht in die Schicht eingebettet sind. Bevorzugte dielektrische, d.h. isolierende Materialien sind Siliziumoxidverbindungen, wie beispielsweise SiO2, oder Siliziumnitridverbindungen, wie beispielsweise Si3N4. Diese sind chemisch und mechanisch sehr widerstandsfähig. Auch Polymere, d.h. Kunststoffe, kommen als Schutzschicht in Frage. Verwendet man eine Schutzschicht aus einer Siliziumverbindung, so kann diese beispielsweise durch Verdampfen oder Sputtern aufgebracht werden. Dem mit einer solchen Schutzschicht versehene Objektträger steht ein breites Einsatzgebiet offen, er be sitzt eine hohe Stabilität gegenüber äußeren chemischen und mechanischen Einflüssen.In another preferred embodiment of the invention, the layer is designed as a protective layer, so that the metal particles are protected from external chemical and mechanical influences, such as rinsing or rubbing. This is only possible because the fluorophores are not embedded in the layer. Preferred dielectric, ie, insulating materials are silicon oxide compounds such as SiO 2 or silicon nitride compounds such as Si 3 N 4 . These are chemically and mechanically very resistant. Even polymers, ie plastics, come as a protective layer in question. If a protective layer of a silicon compound is used, it can be applied, for example, by evaporation or sputtering. The provided with such a protective layer slide is open to a wide range of applications, he be sitting high stability to external chemical and mechanical influences.

Zur Verbesserung der Anbindung von Biomolekülen ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Schicht an ihrer Oberfläche chemisch funktionalisiert, beispielsweise mit Epoxy-, Amino- oder Aldehydgruppen.to Improvement of the binding of biomolecules is in a further embodiment the invention chemically functionalizes the layer on its surface, for example, with epoxy, amino or aldehyde groups.

Die Erfindung soll im folgenden an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigenThe Invention will be explained in more detail below in some embodiments. In the corresponding Drawings show

1 die einfachste Ausführung eines erfindungsgemäßen Objektträgers mit einer Schutzschicht aus Siliziumdioxid; 1 the simplest embodiment of a slide according to the invention with a protective layer of silicon dioxide;

2 bis 4 Abwandlungen davon, 2 to 4 Modifications thereof,

5 einen Objektträger, bei dem Metallteilchen in eine Polymermatrix eingebettet sind, und 5 a slide in which metal particles are embedded in a polymer matrix, and

6 den Ausschnitt eines Objektträgers aus den 15 in der Draufsicht bei der Verwendung zur Herstellung von biospezifischen fluoreszenzbasierten Sensorchips. 6 the section of a slide from the 1 - 5 in plan view when used to make biospecific fluorescence-based sensor chips.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Objektträger in der einfachsten Ausführung. Als Substrat 1 wird Glas verwendet, auf dem Substrat 1 sind Metallteilchen 2 aufgebracht, die von einer als Schutzschicht 3 ausgestalteten Schicht bedeckt sind. Der Durchmesser der Metallteilchen 2 in der Ebene des Substrates liegt dabei zwischen 20 und 80 nm. Die Schutzschicht 3 oberhalb der Metallteilchen 2 ist etwa 2 nm dick. Sie besteht aus Siliziumdioxid, auch andere Siliziumverbindungen sind jedoch denkbar. 1 shows a slide according to the invention in the simplest embodiment. As a substrate 1 Glass is used on the substrate 1 are metal particles 2 applied by one as a protective layer 3 configured layer are covered. The diameter of the metal particles 2 in the plane of the substrate lies between 20 and 80 nm. The protective layer 3 above the metal particles 2 is about 2 nm thick. It consists of silicon dioxide, but other silicon compounds are conceivable.

In 2 weist die Oberfläche des Substrates 1 stegförmige, zueinander parallele Erhebungen 4 auf. Zwischen den Erhebungen 4 befinden sich Zwischenräume 5. Die Metallteilchen 2, bevorzugt aus Edelmetallen wie Gold oder Silber, befinden sich auf der Oberfläche des Substrates 1 sowohl auf den Erhebungen 4 als auch in den Zwischenräumen 5. Alle Metallteilchen 2 werden von einer durchgehenden Schutzschicht 3 bedeckt. Dabei ist nicht zwingend, daß die stegförmigen Erhebungen 4 zueinander parallel angeordnet sind. Je nach Anwendung kann auch eine andere Anordnung, beispielsweise eine gitterförmige, vorteilhaft sein. Die Erhebungen 4 können beispielsweise hergestellt werden, indem Substratmaterial aus den Zwischenräumen 5 weggeätzt wird.In 2 indicates the surface of the substrate 1 bar-shaped, parallel elevations 4 on. Between the surveys 4 there are gaps 5 , The metal particles 2 , preferably of precious metals such as gold or silver, are on the surface of the substrate 1 both on the surveys 4 as well as in the interstices 5 , All metal particles 2 are covered by a continuous protective layer 3 covered. It is not mandatory that the web-shaped elevations 4 are arranged parallel to each other. Depending on the application, another arrangement, for example, a grid-shaped, may be advantageous. The surveys 4 For example, can be prepared by substrate material from the spaces 5 is etched away.

In 3 ist ein Objektträger gezeigt, bei dem die stegförmigen Erhebungen 4 enger zusammenstehen und nur auf diesen Metallteilchen 2 aufgebracht sind, was beispielsweise durch schräges Bedampfen erreicht werden kann. Die oberen Flächen der Stege geben also die Form und Größe der Metallteilchen 2 vor. Auf diese Weise kann die Größe der Metallteilchen 2 durch die Vorgabe der Steggröße genau auf die Absorptionsmaxima spezifischer Fluorophore, die verwendet werden sollen, abgestimmt werden.In 3 a slide is shown in which the ridge-shaped elevations 4 stand closer together and only on these metal particles 2 are applied, which can be achieved for example by oblique vapor deposition. The upper surfaces of the webs so give the shape and size of the metal particles 2 in front. In this way, the size of the metal particles 2 by specifying the land size exactly on the absorption maxima of specific fluorophores to be used, are tuned.

In 4 befinden sich die Metallteilchen 2 in der Schutzschicht 3 und sind von dieser vollständig umschlossen. Darüberhinaus sind nur in den Zwischenräumen 5 Metallteilchen 2 enthalten, auf diese Weise sind die Metallteilchen 2 durch die stegförmigen Erhebungen 4 gut vor mechanischen Einflüssen wie Reiben oder Spülen geschützt.In 4 are the metal particles 2 in the protective layer 3 and are completely enclosed by it. Moreover, only in the interstices 5 metal 2 contain, in this way are the metal particles 2 through the web-shaped elevations 4 well protected against mechanical influences such as rubbing or rinsing.

In der in 5 gezeigten Ausgestaltung der Erfindung wird als Schicht ein Polymer in Gestalt einer Polymermatrix 6 verwendet. In Frage kommt hier beispielsweise Dextran. Die Metallteilchen 2 sind in dieser für fluoreszenzmarkierte Biomoleküle durchdringbaren Polymermatrix 6 eingebettet, wobei der mittlere Abstand zwischen den – statistisch in der Polymermatrix verteilten – Metallteilchen und im Verlaufe der Anwendung auf den Objektträger aufgebrachten fluoreszenzmarkierten Biomolekülen ebenfalls etwa 2 nm beträgt. Als Material für die Metallteilchen 2 kommt hier wegen seiner chemischen Resistenz vorzugsweise Gold in Frage. Die Metallteilchen sind so für die Fluorophore sehr gut zugänglich.In the in 5 As shown in the embodiment of the invention, the layer is a polymer in the form of a polymer matrix 6 used. In question comes here, for example, dextran. The metal particles 2 are in this polymer matrix permeable to fluorescently labeled biomolecules 6 embedded image, wherein the average distance between the - statistically distributed in the polymer matrix - metal particles and applied in the course of application to the slide fluorescently labeled biomolecules is also about 2 nm. As material for the metal particles 2 Gold is preferred because of its chemical resistance. The metal particles are so very accessible to the fluorophores.

In 6 ist gezeigt, wie ein fluoreszenzverstärkender Objektträger für die Herstellung von fluoreszenzbasierten, biospezifischen Sensorchips verwendet werden kann. Gezeigt ist ein Ausschnitt aus der Draufsicht auf einen Objektträger. Die Areale D1–D6 haben etwa eine Größe von 20 μm × 20 μm – die Abstände zwischen den Erhebungen 4 sind in der Regel wesentlich kleiner, können aber auch entsprechend der Maße der Areale gewählt werden – und sind jeweils einer Sorte von Molekülen mit Köderfunktion, beispielsweise ausgewählten DNS-Sequenzen, zugeordnet.In 6 It is shown how a fluorescence-enhancing slide can be used for the production of fluorescence-based biospecific sensor chips. Shown is a section of the top view of a slide. The areas D1-D6 are approximately 20 μm × 20 μm in size - the distances between the elevations 4 are usually much smaller, but can also be chosen according to the dimensions of the areas - and are each associated with a variety of molecules with bait function, such as selected DNA sequences.

11
Substratsubstratum
22
Metallteilchenmetal
33
Schutzschichtprotective layer
44
Erhebungensurveys
55
Zwischenräumeinterspaces
66
Polymermatrixpolymer matrix
D1, ..., D6D1, ..., D6
Arealeareas

Claims (21)

Objektträger für fluoreszenzbasierte Analysegeräte, umfassend – ein dielektrisches Substrat (1) mit einer Oberfläche und – eine auf der Oberfläche aufgebrachte dielektrische Schicht, in der eine Vielzahl von Metallteilchen (2) enthalten sind, wodurch die Fluoreszenz von mit Fluoreszenzmolekülen markierten Proben verstärkt wird.Microscope slides for fluorescence-based analyzers, comprising - a dielectric substrate ( 1 ) having a surface and - a surface-applied dielectric layer in which a plurality of metal particles ( 2 ), thereby enhancing the fluorescence of samples labeled with fluorescent molecules. Objektträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Ausdehnung eines jeden Metallteilchens (2) in jeder Raumrichtung nicht mehr als 200 nm beträgt.Slide according to claim 1, characterized in that the largest dimension of each metal particle ( 2 ) in each spatial direction is not more than 200 nm. Objektträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung eines jeden Metallteilchens (2) in jeder Raumrichtung zwischen 20 nm und 80 nm liegt.Slide according to one of the preceding claims, characterized in that the extent of each metal particle ( 2 ) is in each spatial direction between 20 nm and 80 nm. Objektträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen (2) die Form von Ellipsoiden aufweisen.Slide according to one of the preceding claims, characterized in that the metal particles ( 2 ) have the shape of ellipsoids. Objektträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Achsen eines jeden Ellipsoids zwischen 1:2 und 1:5 liegt.slides according to claim 4, characterized in that the ratio of the axes of each Ellipsoids is between 1: 2 and 1: 5. Objektträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Metallteilchen (2) Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Aluminium (Al) oder eine Legierung, die mindestens eines der vorgenannten Metalle zu 50% enthält, vorgesehen ist.Slide according to one of the preceding claims, characterized in that as the material for the metal particles ( 2 ) Gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al) or an alloy containing at least one of the aforementioned metals at 50% is provided. Objektträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für das Substrat (1) Glas, Silizium oder ein Polymer vorgesehen ist.Slide according to one of the preceding claims, characterized in that the material used for the substrate ( 1 ) Glass, silicon or a polymer is provided. Objektträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht oberhalb der Metallteilchen (2) eine Dicke zwischen 1 nm und 10 nm, bevorzugt 2 nm aufweist.Slide according to one of the preceding claims, characterized in that the layer above the metal particles ( 2 ) has a thickness between 1 nm and 10 nm, preferably 2 nm. Objektträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen mit der Oberfläche des Substrats (1) in Kontakt stehen.Slide according to one of the preceding claims, characterized in that the metal particles are bonded to the surface of the substrate ( 1 ) stay in contact. Objektträger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht die Metallteilchen (2) vollständig umschließt.Slide according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the layer contains the metal particles ( 2 ) completely encloses. Objektträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Substrats (1) plan ist.Slide according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the substrate ( 1 ) is plan. Objektträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Substrats (1) zueinander parallele, stegförmige Erhebungen (4) und zwischen diesen Zwischenräume (5) aufweist.Slide according to one of claims 1 to 11, characterized in that the surface of the substrate ( 1 ) parallel, ridge-shaped elevations ( 4 ) and between these spaces ( 5 ) having. Objektträger nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß nur über den Erhebungen (4) Metallteilchen (2) in der Schicht enthalten sind.Slide according to claim 13, characterized in that only above the elevations ( 4 ) Metal particles ( 2 ) are contained in the layer. Objektträger nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß nur in den Zwischenräumen (5) Metallteilchen (2) in der Schicht enthalten sind.Slide according to claim 13, characterized in that only in the spaces ( 5 ) Metal particles ( 2 ) are contained in the layer. Objektträger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht nur in den Zwischenräumen (5) aufgebracht ist.Slide according to claim 15, characterized in that the layer is only in the interstices ( 5 ) is applied. Objektträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht als Schutzschicht (3) ausgestaltet ist, wobei die Metallteilchen (2) durch die Schutzschicht (3) vor äußeren chemischen Einflüssen geschützt sind.Slide according to one of the preceding claims, characterized in that the layer is used as a protective layer ( 3 ), wherein the metal particles ( 2 ) through the protective layer ( 3 ) are protected from external chemical influences. Objektträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Schutzschicht (3) eine Siliziumoxid-Verbindung, eine Siliziumnitrid-Verbindung oder ein Polymer vorgesehen ist.Slide according to one of the preceding claims, characterized in that as material for the protective layer ( 3 ) a silicon oxide compound, a silicon nitride compound or a polymer is provided. Objektträger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht als für eine Vielzahl biologischer Moleküle durchlässige Polymermatrix (6) ausgestaltet ist.Slide according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the layer is a polymer matrix permeable to a large number of biological molecules ( 6 ) is configured. Objektträger nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Polymermatrix (6) Dextran verwendet wird.Slide according to claim 18, characterized in that as material for the polymer matrix ( 6 ) Dextran is used. Objektträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht an ihrer Oberfläche chemisch funktionalisiert ist.slides according to one of the preceding claims, characterized that the layer on their surface is chemically functionalized. Verwendung eines Objektträgers gemäß einem der vorgenannten Ansprüche zur Herstellung fluoreszenzbasierter, biospezifischer Sensorchips.Use of a slide according to one of the preceding claims Production of fluorescence-based, biospecific sensor chips.
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